MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrvmasumlema Structured version   Unicode version

Theorem dchrvmasumlema 22865
Description: Lemma for dchrvmasum 22890 and dchrvmasumif 22868. Apply dchrisum 22857 for the function  log ( y )  /  y, which is decreasing above  _e (or above 3, the nearest integer bound). (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
rpvmasum.z  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
rpvmasum.l  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
rpvmasum.a  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
rpvmasum.g  |-  G  =  (DChr `  N )
rpvmasum.d  |-  D  =  ( Base `  G
)
rpvmasum.1  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
dchrisum.b  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
dchrisum.n1  |-  ( ph  ->  X  =/=  .1.  )
dchrvmasumlema.f  |-  F  =  ( a  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  a ) )  x.  ( ( log `  a )  /  a ) ) )
Assertion
Ref Expression
dchrvmasumlema  |-  ( ph  ->  E. t E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1
(  +  ,  F
)  ~~>  t  /\  A. y  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) ) )
Distinct variable groups:    t, c,
y,  .1.    F, c, t, y    a, c, t, y    N, c, t, y    ph, c, t    y, Z    D, c, t, y    L, a, c, t, y    X, a, c, t, y
Allowed substitution hints:    ph( y, a)    D( a)    .1. ( a)    F( a)    G( y, t, a, c)    N( a)    Z( t, a, c)

Proof of Theorem dchrvmasumlema
Dummy variables  n  x are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 rpvmasum.z . . 3  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
2 rpvmasum.l . . 3  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
3 rpvmasum.a . . 3  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
4 rpvmasum.g . . 3  |-  G  =  (DChr `  N )
5 rpvmasum.d . . 3  |-  D  =  ( Base `  G
)
6 rpvmasum.1 . . 3  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
7 dchrisum.b . . 3  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
8 dchrisum.n1 . . 3  |-  ( ph  ->  X  =/=  .1.  )
9 fveq2 5789 . . . 4  |-  ( n  =  x  ->  ( log `  n )  =  ( log `  x
) )
10 id 22 . . . 4  |-  ( n  =  x  ->  n  =  x )
119, 10oveq12d 6208 . . 3  |-  ( n  =  x  ->  (
( log `  n
)  /  n )  =  ( ( log `  x )  /  x
) )
12 3nn 10581 . . . 4  |-  3  e.  NN
1312a1i 11 . . 3  |-  ( ph  ->  3  e.  NN )
14 relogcl 22143 . . . . 5  |-  ( n  e.  RR+  ->  ( log `  n )  e.  RR )
15 rerpdivcl 11119 . . . . 5  |-  ( ( ( log `  n
)  e.  RR  /\  n  e.  RR+ )  -> 
( ( log `  n
)  /  n )  e.  RR )
1614, 15mpancom 669 . . . 4  |-  ( n  e.  RR+  ->  ( ( log `  n )  /  n )  e.  RR )
1716adantl 466 . . 3  |-  ( (
ph  /\  n  e.  RR+ )  ->  ( ( log `  n )  /  n )  e.  RR )
18 simp3r 1017 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  n  <_  x
)
19 simp2l 1014 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  n  e.  RR+ )
2019rpred 11128 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  n  e.  RR )
21 ere 13476 . . . . . . 7  |-  _e  e.  RR
2221a1i 11 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  _e  e.  RR )
23 3re 10496 . . . . . . 7  |-  3  e.  RR
2423a1i 11 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  3  e.  RR )
25 egt2lt3 13590 . . . . . . . . 9  |-  ( 2  <  _e  /\  _e  <  3 )
2625simpri 462 . . . . . . . 8  |-  _e  <  3
2721, 23, 26ltleii 9598 . . . . . . 7  |-  _e  <_  3
2827a1i 11 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  _e  <_  3
)
29 simp3l 1016 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  3  <_  n
)
3022, 24, 20, 28, 29letrd 9629 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  _e  <_  n
)
31 simp2r 1015 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  x  e.  RR+ )
3231rpred 11128 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  x  e.  RR )
3322, 20, 32, 30, 18letrd 9629 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  _e  <_  x
)
34 logdivle 22187 . . . . 5  |-  ( ( ( n  e.  RR  /\  _e  <_  n )  /\  ( x  e.  RR  /\  _e  <_  x )
)  ->  ( n  <_  x  <->  ( ( log `  x )  /  x
)  <_  ( ( log `  n )  /  n ) ) )
3520, 30, 32, 33, 34syl22anc 1220 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  ( n  <_  x 
<->  ( ( log `  x
)  /  x )  <_  ( ( log `  n )  /  n
) ) )
3618, 35mpbid 210 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  (
3  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  ( ( log `  x )  /  x
)  <_  ( ( log `  n )  /  n ) )
37 rpcn 11100 . . . . . . 7  |-  ( n  e.  RR+  ->  n  e.  CC )
3837cxp1d 22267 . . . . . 6  |-  ( n  e.  RR+  ->  ( n  ^c  1 )  =  n )
3938oveq2d 6206 . . . . 5  |-  ( n  e.  RR+  ->  ( ( log `  n )  /  ( n  ^c  1 ) )  =  ( ( log `  n )  /  n
) )
4039mpteq2ia 4472 . . . 4  |-  ( n  e.  RR+  |->  ( ( log `  n )  /  ( n  ^c  1 ) ) )  =  ( n  e.  RR+  |->  ( ( log `  n )  /  n ) )
41 1rp 11096 . . . . 5  |-  1  e.  RR+
42 cxploglim 22487 . . . . 5  |-  ( 1  e.  RR+  ->  ( n  e.  RR+  |->  ( ( log `  n )  /  ( n  ^c  1 ) ) )  ~~> r  0 )
4341, 42mp1i 12 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  RR+  |->  ( ( log `  n
)  /  ( n  ^c  1 ) ) )  ~~> r  0 )
4440, 43syl5eqbrr 4424 . . 3  |-  ( ph  ->  ( n  e.  RR+  |->  ( ( log `  n
)  /  n ) )  ~~> r  0 )
45 dchrvmasumlema.f . . . 4  |-  F  =  ( a  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  a ) )  x.  ( ( log `  a )  /  a ) ) )
46 fveq2 5789 . . . . . . 7  |-  ( a  =  n  ->  ( L `  a )  =  ( L `  n ) )
4746fveq2d 5793 . . . . . 6  |-  ( a  =  n  ->  ( X `  ( L `  a ) )  =  ( X `  ( L `  n )
) )
48 fveq2 5789 . . . . . . 7  |-  ( a  =  n  ->  ( log `  a )  =  ( log `  n
) )
49 id 22 . . . . . . 7  |-  ( a  =  n  ->  a  =  n )
5048, 49oveq12d 6208 . . . . . 6  |-  ( a  =  n  ->  (
( log `  a
)  /  a )  =  ( ( log `  n )  /  n
) )
5147, 50oveq12d 6208 . . . . 5  |-  ( a  =  n  ->  (
( X `  ( L `  a )
)  x.  ( ( log `  a )  /  a ) )  =  ( ( X `
 ( L `  n ) )  x.  ( ( log `  n
)  /  n ) ) )
5251cbvmptv 4481 . . . 4  |-  ( a  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `
 a ) )  x.  ( ( log `  a )  /  a
) ) )  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( log `  n )  /  n ) ) )
5345, 52eqtri 2480 . . 3  |-  F  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( log `  n )  /  n ) ) )
541, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11, 13, 17, 36, 44, 53dchrisum 22857 . 2  |-  ( ph  ->  E. t E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1
(  +  ,  F
)  ~~>  t  /\  A. x  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  x
)  /  x ) ) ) )
55 fveq2 5789 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  y  ->  ( |_ `  x )  =  ( |_ `  y
) )
5655fveq2d 5793 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  y  ->  (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  =  (  seq 1
(  +  ,  F
) `  ( |_ `  y ) ) )
5756oveq1d 6205 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  y  ->  (
(  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t )  =  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )
5857fveq2d 5793 . . . . . . 7  |-  ( x  =  y  ->  ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  =  ( abs `  (
(  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) ) )
59 fveq2 5789 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  y  ->  ( log `  x )  =  ( log `  y
) )
60 id 22 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  y  ->  x  =  y )
6159, 60oveq12d 6208 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  y  ->  (
( log `  x
)  /  x )  =  ( ( log `  y )  /  y
) )
6261oveq2d 6206 . . . . . . 7  |-  ( x  =  y  ->  (
c  x.  ( ( log `  x )  /  x ) )  =  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) )
6358, 62breq12d 4403 . . . . . 6  |-  ( x  =  y  ->  (
( abs `  (
(  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  x
)  /  x ) )  <->  ( abs `  (
(  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) ) )
6463cbvralv 3043 . . . . 5  |-  ( A. x  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  x
)  /  x ) )  <->  A. y  e.  ( 3 [,) +oo )
( abs `  (
(  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) )
6564anbi2i 694 . . . 4  |-  ( (  seq 1 (  +  ,  F )  ~~>  t  /\  A. x  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  x
)  /  x ) ) )  <->  (  seq 1 (  +  ,  F )  ~~>  t  /\  A. y  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) ) )
6665rexbii 2847 . . 3  |-  ( E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1 (  +  ,  F )  ~~>  t  /\  A. x  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  x
)  /  x ) ) )  <->  E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1
(  +  ,  F
)  ~~>  t  /\  A. y  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) ) )
6766exbii 1635 . 2  |-  ( E. t E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1
(  +  ,  F
)  ~~>  t  /\  A. x  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  x
)  /  x ) ) )  <->  E. t E. c  e.  (
0 [,) +oo )
(  seq 1 (  +  ,  F )  ~~>  t  /\  A. y  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) ) )
6854, 67sylib 196 1  |-  ( ph  ->  E. t E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1
(  +  ,  F
)  ~~>  t  /\  A. y  e.  ( 3 [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  y ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  ( ( log `  y
)  /  y ) ) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    /\ w3a 965    = wceq 1370   E.wex 1587    e. wcel 1758    =/= wne 2644   A.wral 2795   E.wrex 2796   class class class wbr 4390    |-> cmpt 4448   ` cfv 5516  (class class class)co 6190   RRcr 9382   0cc0 9383   1c1 9384    + caddc 9386    x. cmul 9388   +oocpnf 9516    < clt 9519    <_ cle 9520    - cmin 9696    / cdiv 10094   NNcn 10423   2c2 10472   3c3 10473   RR+crp 11092   [,)cico 11403   |_cfl 11741    seqcseq 11907   abscabs 12825    ~~> cli 13064    ~~> r crli 13065   _eceu 13450   Basecbs 14276   0gc0g 14480   ZRHomczrh 18040  ℤ/nczn 18043   logclog 22122    ^c ccxp 22123  DChrcdchr 22687
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1592  ax-4 1603  ax-5 1671  ax-6 1710  ax-7 1730  ax-8 1760  ax-9 1762  ax-10 1777  ax-11 1782  ax-12 1794  ax-13 1952  ax-ext 2430  ax-rep 4501  ax-sep 4511  ax-nul 4519  ax-pow 4568  ax-pr 4629  ax-un 6472  ax-inf2 7948  ax-cnex 9439  ax-resscn 9440  ax-1cn 9441  ax-icn 9442  ax-addcl 9443  ax-addrcl 9444  ax-mulcl 9445  ax-mulrcl 9446  ax-mulcom 9447  ax-addass 9448  ax-mulass 9449  ax-distr 9450  ax-i2m1 9451  ax-1ne0 9452  ax-1rid 9453  ax-rnegex 9454  ax-rrecex 9455  ax-cnre 9456  ax-pre-lttri 9457  ax-pre-lttrn 9458  ax-pre-ltadd 9459  ax-pre-mulgt0 9460  ax-pre-sup 9461  ax-addf 9462  ax-mulf 9463
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 966  df-3an 967  df-tru 1373  df-fal 1376  df-ex 1588  df-nf 1591  df-sb 1703  df-eu 2264  df-mo 2265  df-clab 2437  df-cleq 2443  df-clel 2446  df-nfc 2601  df-ne 2646  df-nel 2647  df-ral 2800  df-rex 2801  df-reu 2802  df-rmo 2803  df-rab 2804  df-v 3070  df-sbc 3285  df-csb 3387  df-dif 3429  df-un 3431  df-in 3433  df-ss 3440  df-pss 3442  df-nul 3736  df-if 3890  df-pw 3960  df-sn 3976  df-pr 3978  df-tp 3980  df-op 3982  df-uni 4190  df-int 4227  df-iun 4271  df-iin 4272  df-br 4391  df-opab 4449  df-mpt 4450  df-tr 4484  df-eprel 4730  df-id 4734  df-po 4739  df-so 4740  df-fr 4777  df-se 4778  df-we 4779  df-ord 4820  df-on 4821  df-lim 4822  df-suc 4823  df-xp 4944  df-rel 4945  df-cnv 4946  df-co 4947  df-dm 4948  df-rn 4949  df-res 4950  df-ima 4951  df-iota 5479  df-fun 5518  df-fn 5519  df-f 5520  df-f1 5521  df-fo 5522  df-f1o 5523  df-fv 5524  df-isom 5525  df-riota 6151  df-ov 6193  df-oprab 6194  df-mpt2 6195  df-of 6420  df-om 6577  df-1st 6677  df-2nd 6678  df-supp 6791  df-tpos 6845  df-recs 6932  df-rdg 6966  df-1o 7020  df-2o 7021  df-oadd 7024  df-er 7201  df-ec 7203  df-qs 7207  df-map 7316  df-pm 7317  df-ixp 7364  df-en 7411  df-dom 7412  df-sdom 7413  df-fin 7414  df-fsupp 7722  df-fi 7762  df-sup 7792  df-oi 7825  df-card 8210  df-cda 8438  df-pnf 9521  df-mnf 9522  df-xr 9523  df-ltxr 9524  df-le 9525  df-sub 9698  df-neg 9699  df-div 10095  df-nn 10424  df-2 10481  df-3 10482  df-4 10483  df-5 10484  df-6 10485  df-7 10486  df-8 10487  df-9 10488  df-10 10489  df-n0 10681  df-z 10748  df-dec 10857  df-uz 10963  df-q 11055  df-rp 11093  df-xneg 11190  df-xadd 11191  df-xmul 11192  df-ioo 11405  df-ioc 11406  df-ico 11407  df-icc 11408  df-fz 11539  df-fzo 11650  df-fl 11743  df-mod 11810  df-seq 11908  df-exp 11967  df-fac 12153  df-bc 12180  df-hash 12205  df-shft 12658  df-cj 12690  df-re 12691  df-im 12692  df-sqr 12826  df-abs 12827  df-limsup 13051  df-clim 13068  df-rlim 13069  df-sum 13266  df-ef 13455  df-e 13456  df-sin 13457  df-cos 13458  df-pi 13460  df-dvds 13638  df-gcd 13793  df-phi 13943  df-struct 14278  df-ndx 14279  df-slot 14280  df-base 14281  df-sets 14282  df-ress 14283  df-plusg 14353  df-mulr 14354  df-starv 14355  df-sca 14356  df-vsca 14357  df-ip 14358  df-tset 14359  df-ple 14360  df-ds 14362  df-unif 14363  df-hom 14364  df-cco 14365  df-rest 14463  df-topn 14464  df-0g 14482  df-gsum 14483  df-topgen 14484  df-pt 14485  df-prds 14488  df-xrs 14542  df-qtop 14547  df-imas 14548  df-divs 14549  df-xps 14550  df-mre 14626  df-mrc 14627  df-acs 14629  df-mnd 15517  df-mhm 15566  df-submnd 15567  df-grp 15647  df-minusg 15648  df-sbg 15649  df-mulg 15650  df-subg 15780  df-nsg 15781  df-eqg 15782  df-ghm 15847  df-cntz 15937  df-cmn 16383  df-abl 16384  df-mgp 16697  df-ur 16709  df-rng 16753  df-cring 16754  df-oppr 16821  df-dvdsr 16839  df-unit 16840  df-invr 16870  df-rnghom 16912  df-subrg 16969  df-lmod 17056  df-lss 17120  df-lsp 17159  df-sra 17359  df-rgmod 17360  df-lidl 17361  df-rsp 17362  df-2idl 17420  df-psmet 17918  df-xmet 17919  df-met 17920  df-bl 17921  df-mopn 17922  df-fbas 17923  df-fg 17924  df-cnfld 17928  df-zring 17993  df-zrh 18044  df-zn 18047  df-top 18619  df-bases 18621  df-topon 18622  df-topsp 18623  df-cld 18739  df-ntr 18740  df-cls 18741  df-nei 18818  df-lp 18856  df-perf 18857  df-cn 18947  df-cnp 18948  df-haus 19035  df-tx 19251  df-hmeo 19444  df-fil 19535  df-fm 19627  df-flim 19628  df-flf 19629  df-xms 20011  df-ms 20012  df-tms 20013  df-cncf 20570  df-limc 21457  df-dv 21458  df-log 22124  df-cxp 22125  df-dchr 22688
This theorem is referenced by:  dchrvmasumif  22868
  Copyright terms: Public domain W3C validator